«Наше дослідження встановлює тісний зв’язок між квантовою механікою та астрофізикою і відкриває новий погляд на внутрішню природу нейтронних зір».

Науковці нарешті можуть зрозуміти динаміку «глюків» нейтронних зір, які трапляються, коли ці надщільні мертві зірки раптово прискорюють своє обертання. Здавалося б, така дивна поведінка може бути спричинена тим, що крихітні вихори речовини піднімаються з надр і «проривають поверхню» цих огарків колись звичайних зір.

Цікаво, що новий прорив у розумінні поведінки нейтронної зорі є результатом роботи об’єднаної групи астрофізиків і науковців у галузі квантової фізики , які зазвичай вивчають взаємодії на субатомному рівні будови речовини. Група вивчала екзотичну форму матерії тут, на Землі.

Краще розуміння збоїв у нейтронних зорях може розкрити більше про їхній внутрішній склад і рух, відкриваючи таким чином вченим вікно до об’єкта, який складається з, мабуть, найбільш унікальної та дивної форми матерії у Всесвіті. Нейтронні зорі, по суті, складаються майже повністю з нейтронів, тому вони такі щільні.

«Наше дослідження встановлює тісний зв’язок між квантовою механікою та астрофізикою і відкриває новий погляд на внутрішню природу нейтронних зір», — заявила перший автор дослідження, науковиця Інсбрукського університету Єлена Полі (Elena Poli).

Нейтронні зорі утворюються, коли масивні зірки «вмирають», а їхні ядра, маси яких в один-два рази перевищують масу Сонця, стискаються до розміру лише 20 кілометрів. Це неймовірно величезне зменшення розміру. Збагачена нейтронами речовина, з якої складаються нейтронні зорі, така щільна, що її кубик, розміром з кубик пресованого цукру, важив би на Землі приблизно 1 мільярд тонн   — приблизно в 150 разів більше ваги Великої піраміди Гізи.

Ця надзвичайна вага разом із величезною відстанню до цих залишків зір означає, що ми навряд чи зможемо доставити зразки нейтронних зір на Землю для вивчення. Однак наукова група, до якої входили фахівці різних дисциплін, змогла перенести дослідження нейтронних зір «на Землю», чисельно змоделювавши нейтронну зірку за допомогою прототипа у вигляді ультрахолодних диполярних атомів  —  екзотичної фази намагнічених газів із негативно зарядженим атомом, пов’язаним із позитивно заряджений атом на великі відстані.

Блиск нейтронних зір може свідчити про те, що матерія під поверхнею цих об’єктів існує у формі надтекучої рідини, тобто речовини, що нагадує рідину, але має нульову в’язкість  —  міра опору рідини змінам форми або обтіканню.

Рідини з високою в’язкістю, такі як мед або холодний кленовий сироп, течуть повільно і можуть навіть діяти як тверді речовини. Пригадайте про круте арахісове масло або навіть скло. Рідини з низькою в’язкістю, навпаки, течуть швидше. Але надтекучі рідини з нульовою в’язкістю — це інша історія. Вони обертаються у формі численних крихітних закручених вихорів, які всі мають невелику частину кутового моменту системи.

Головним фактором такої поведінки і, отже, життєво важливим елементом спалаху нейтронної зорі буде стан, коли проявляються як кристалічні, так і надтекучі властивості  —  це стан так званого «надтвердого тіла». Якщо нейтронні зорі можуть мати такий стан під час обертання, часто зі швидкістю сотні разів на секунду, виникатимуть збої, коли вихори вириватимуться з внутрішньої кори зорі  — «надтекучої рідини» —  до її твердої кристалічної зовнішньої кори. Такі вихори нестимуть із собою кутовий момент, який збільшує швидкість обертання зовнішнього шару зорі.

Цю надтверду фаза індуковала в ультрахолодних диполярних атомах Ербію (Er) і Диспрозію (Dy) група під керівництвом Франчески Ферлаїно (Francesca Ferlaino) з Інсбрукського університету, також автора цієї роботи.

Наукова група виявила, що збої справді можуть виникати в ультрахолодних надтвердих тілах, аналогічні більшим, екстремальнішим збоям, які демонструють нейтронні зорі. Ці результати свідчать про те, що справді надтекучі вихори, які передають кутовий момент до поверхні цих зірок, спричиняють збій в їхньому обертанні.

Підхід, розроблений міждисциплінарною групою, буде вивчено далі через докладніше дослідження механізму збою, а також того, як він може залежати від якості надтвердого матеріалу. Дослідження також може допомогти започаткувати новий спосіб дослідження залишків зір, таких як нейтронні зорі, в лабораторії для інших цілей.

«Це дослідження показує новий підхід до розуміння поведінки нейтронних зір і відкриває нові можливості для квантового моделювання зоряних об’єктів у земних лабораторіях, що працюють із низькими енергіями», — підсумувала Ферлаїно.

Результати дослідження оприлюднено в листопадовому числі журналу Physical Review Letters.

За інф. з сайту www.space.com